硫酸

成分/组成信息:硫酸98.0%(浓)<70%(稀)

密度:98%的浓硫酸1.84g/mL

中心原子杂化方式:sp3

pKa1:-3.00pka2:1.99

结构

浓硫酸

物理性质

浓硫酸溶解时放出大量的热,因此浓硫酸稀释时应该“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅。”若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生"发烟"现象,这样含有SO3的硫酸称为"发烟硫酸"。

100%的硫酸熔沸点:

熔点10℃

沸点290℃

但是100%的硫酸并不是最稳定的,沸腾时会分解一部分,变为98.3%的浓硫酸,成为338℃(硫酸水溶液的)恒沸物。加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。

98.3%硫酸的熔沸点:

熔点:10℃;

沸点:338℃

⑴就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,即浓硫酸有脱水性且脱水性很强。

子中氢氧原子数的比(2∶1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。

了黑色的炭(炭化)。

浓硫酸如C12H22O11===12C+11H2O

(4)黑面包反映

在200mL烧杯中放入20g蔗糖,加入几滴水,搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸,迅速搅拌。观察实验现象。

⑴跟金属反应

①常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。

Cu+2H2SO4(浓)==(加热)==CuSO4+SO2↑+2H2O

2Fe+6H2SO4(浓)====Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O

在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。

⑵跟非金属反应

热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为SO2。在这

类反应中,浓硫酸只表现出氧化性。

C+2H2SO4(浓)==(加热)==CO2↑+2SO2↑+2H2O

S+2H2SO4(浓)====3SO2↑+2H2O

2P+5H2SO4(浓)====2H3PO4+5SO2↑+2H2O

⑶跟其他还原性物质反应

浓硫酸具有强氧化性,实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。

H2S+H2SO4(浓)====S↓+SO2↑+2H2O

2HBr+H2SO4(浓)====Br2↑+SO2↑+2H2O

2HI+H2SO4(浓)====I2↑+SO2↑+2H2O

就硫酸而言,吸水性有很多用处,比如很多的气体都可以用浓硫酸来干燥。它是良好的干燥剂。

这个与脱水性有很大的不同:脱水性一般反应前没有水,而是H、O元素以个数比2:1的形式形成水,从有机物中出来。

而吸水性则是反应前就有水,只是在此过程中硫酸做了一个干燥剂的作用。如:

CuSO4.5H2O→(H2SO4)→CuSO4+5H2O,这个反应,就是体现硫酸的吸水性,而不是脱水性,因为反应前有水。

还有在实验室制取乙烯的过程中,体现浓硫酸的吸水性,促使反应向正反应方向进行。在一些硫酸作催化剂的反应中,尤其是是浓硫酸,一般都体现硫酸的吸水性。

将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中,其质量将增加,密度将减小,浓度降低,体积变大,这是因为浓硫酸具有吸水性。

⑴就硫酸而言,吸水性是浓硫酸的性质,而不是稀硫酸的性质。

⑵浓硫酸的吸水作用,指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合,生成一系列稳定的水合物,并放出大量的热:H2SO4+nH2O==H2SO4.nH2O,故浓硫酸吸水的过程是物理变化的过程,吸水性是浓硫酸的物理性质。

⑶浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水(如空气中的水),而且还能吸收某些结晶水合物(如CuSO4.5H2O、Na2CO3.10H2O)中的水。

NaCl(固)+H2SO4(浓)====NaHSO4+HCl↑(常温)

2NaCl(固)+H2SO4(浓)====Na2SO4+2HCl↑(加热)

Na2SO3+H2SO4====Na2SO4+H2O+SO2↑

再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。

◎5酸性:制化肥,如氮肥、磷肥等

2NH3+H2SO4====(NH4)2SO4

Ca3(PO3)2+2H2SO4====2CaSO4+Ca(H2PO4)2

化学性质

◎可与多数金属(比铜活泼)氧化物反应,生成相应的硫酸盐和水;

◎可与碱反应生成相应的硫酸盐和水;

◎可与氢前金属在一定条件下反应,生成相应的硫酸盐和氢气;

稀硫酸在中学阶段,一般当成H2SO4=2H++SO42-,两次完全电离,其实不是。

根据硫酸酸度系数

pKa1:-3.00

pka2:1.99

其二级电离不够充分pka2:1.99,在稀硫酸中HSO4-〓〓可逆〓〓H++SO42-

并未完全电离,1Mol/L的硫酸一级电离完全,二级电离大概电离10%左右,也就是溶液中仍存在大量的HSO4-。而即使是NaHSO4溶液O.1Mol/L时,硫酸氢根也只电离了30%左右。

■实验室硫酸制法

可以用FeSO4.7H2O加强热,用冰水混合物+U型管冷凝即可,用NaOH吸收SO2,理论可得29.5%的H2SO4

关键在于尾气吸收。

■其他硫酸制备工艺

2、采用就地再生的硫酸作为催化剂的一体化工艺

3、草酸生产中含硫酸废液的回收利用

5、从氧化钛生产过程中排出的废硫酸溶液的再生方法

8、催化氧化回收含有机物废硫酸的方法

9、电瓶用硫酸生产装置

10、二氧化硫源向硫酸的液相转化方法

13、高浓二氧化硫气三转三吸硫酸生产方法

14、高温浓硫酸液下泵耐磨轴套

15、高效阳极保护管壳式浓硫酸冷却器

16、节能精炼硫酸炉装置

17、精苯再生酸焚烧制取硫酸的方法

18、利用废硫酸再生液的方法和装置

20、利用含硫化氢的酸性气体制取高浓度硫酸

1.燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫

S+O2=(点燃)SO2

4FeS2+11O2=(高温)8SO2+2Fe2O3

2.接触氧化为三氧化硫

2SO2+O2=(△,V2O5)2SO3(该反应为可逆反应)

3.用98.3%硫酸吸收

SO3+H2SO4=H2S2O7(焦硫酸)

4.加水

H2S2O7+H2O=2H2SO4

■提纯工艺

可将工业浓硫酸进行蒸馏,便可得到浓度95%-98%的商品硫酸.

其他方法

固体硫酸:是粉末制剂的固体酸类,可以替代硫酸的常规酸洗工艺,主要用于清除各种钢铁、不锈钢、铜、铝等金属零件及其设备表面的锈、氧化皮、水垢、灰垢等污物,特别是钢铁热扎、冷扎过程中生成的高温难清除氧化皮,清洗效果可以跟硫酸酸洗相媲美,最终使产品表面清洁干净;清洗过程中没有烟雾产生,大大改善生产环境;对金属的几乎没有腐蚀,对操作人员、设备、环境没有任何危害。

发烟硫酸:H2SO4.XSO3即硫酸的三氧化硫溶液

无色至浅棕色粘稠发烟液体,其密度、熔点、沸点因SO3含量不同而异。

当它暴露于空气中时,挥发出来的SO3和空气中的水蒸汽形成硫酸的细小露滴而冒烟,所以称之为发烟硫酸。

一般含SO3的质量分数有20%、40%、60%、66%等。若折合成硫酸的质量分数则发烟硫酸中H2SO4可超过100%。有人认为发烟硫酸中主要含焦硫酸(H2S2O7)。具强氧化性和吸水性,脱水性及腐蚀性。用于合成染料、药物。常用做磺化剂和吸水及脱水剂。

发烟硫酸中的物质成分复杂,除了硫酸和三氧化硫外,还有焦硫酸(H2S2O7)、二聚硫酸(H4S2O8)三聚硫酸(H6S3O12)及H4S3O15、H2S3O10、(H2SO4)20等各种各样的硫酸聚合物。

20%发烟硫酸可在接触法的硫酸厂中生产,就是在98.3%硫酸吸收塔前设置发烟硫酸吸收塔,以20%发烟硫酸吸收转化后含三氧化硫7%~10%的气体,同时向循环酸中补加98.3%硫酸,使其浓度保持不变。65%发烟硫酸可由20%发烟硫酸和液体三氧化硫混合而得,或仿照20%发烟硫酸的制造方法,建立以65%发烟硫酸循环喷淋的吸收塔,吸收100%三氧化硫气体,并补加20%发烟硫酸,以调节循环酸浓度。

注:这是工业俗称,准确的化学语言应该是挥发出雾。应该叫发雾硫酸。

■所需药品

■检验方法

使用经过盐酸(HCl)酸化的的氯化钡(BaCl2)。向待测物溶液滴入几滴经过盐酸酸化的氯化钡溶液,震荡,如果产生白色沉淀,则证明它是硫酸。

■注意:

先滴加盐酸,清除溶液中的银离子,否则会干扰检验,也不可以用硝酸钡检验,硝酸根离子在酸性条件下可以将亚硫酸根离子氧化为硫酸根离子,干扰检验。

■反应原理

H2SO4+BaCl2====BaSO4↓+2HCl

Na2SO4+BaCl2====BaSO4↓+2NaCl

Ba2++SO42-====BaSO4↓(离子方程式)

◆其他阴离子也有跟钡离子生成白色沉淀的。例如:

Na2CO3+BaCl2====BaCO3↓+2NaCl

BaCO3外观为白色沉淀与BaSO4不易区分,但它能跟盐酸(HCl)反应而溶解。

BaCO3+2HNO3====Ba(NO3)2+CO2↑+H2O

BaCO3+2HCl====BaCl2+CO2↑+H2O

目前工业用的硫酸一般可分为工业级,化学纯CP,分析纯AR,MOS级等级别

由于硫酸能与水以任意比例互溶,所以每个厂家所涉及的硫酸含量都有所不同,一般工业上用的工业级硫酸含量在10%,30%,50%,98%;CP级与AR级的硫酸含量一般为98%。

化学品的应用■为农业生产服务

每生产一吨硫酸铵,就要消耗硫酸(折合成100%计算)760kg,每生产一吨过磷酸钙,就要消耗硫酸360kg。

■为工业生产服务

◆用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门,特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。例如用电解法精炼铜、锌、镉、镍时,电解液就需要使用硫酸,某些贵金属的精炼,也需要硫酸来溶解去夹杂的其他金属。在钢铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前,都必须用硫酸清除钢铁表面的氧化铁。在轧制薄板、冷拔无缝钢管和其他质量要求较高的钢材,都必须每轧一次用硫酸洗涤一次。另外,有缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前,都要经过用硫酸进行酸洗手续。在某些金属机械加工过程中,例如镀镍、镀铬等金属制件,也需用硫酸来洗净表面的锈。在黑色冶金企业部门里,需要酸洗的钢材一般约占钢总产量的5%~6%,而每吨钢材的酸洗,约消费98%的硫酸30kg~50kg。

■对解决人民“穿”与“用”等问题所起的作用

◆用于日用品的生产生产合成洗涤剂需要用发烟硫酸和浓硫酸。塑料的增塑剂(如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯)、赛璐珞制品所需的原料硝化棉,都需要硫酸来制备。玻璃纸、羊皮纸的制造,也需要使用硫酸。此外,纺织印染工业、搪瓷工业、小五金工业、肥皂工业、人造香料工业等生产部门,也都需要使用硫酸。

■对巩固国防方面所起的作用

■与原子能工业及火箭技术的关系

■农业土质方面

◆食入:用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。

◆注意:若皮肤直接接触.用棉布先吸去皮肤上的硫酸,再用大量流动清水冲洗,最后用0.01%的苏打水(或稀氨水)浸泡.切勿直接冲洗!

■消防措施

◆危险特性:遇水大量放热,可发生沸溅。与易燃物(如苯)和可燃物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。遇电石、高氯酸盐、雷酸盐、硝酸盐、苦味酸盐、金属粉末等猛烈反应,发生爆炸或燃烧。有强烈的腐蚀性和吸水性。

◆有害燃烧产物:二氧化硫。

◆灭火方法:消防人员必须穿全身耐酸碱消防服。

■泄漏应急处理

■危险性概述

环境危害:对环境有危害,对水体和土壤可造成污染。

◆燃爆危险:本品助燃,具强腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤。

■操作处置

■储存

储存于阴凉、通风的库房。库温不超过35℃,相对湿度不超过85%。保持容器密封。应与易(可)燃物、还原剂、碱类、碱金属、食用化学品分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。

■废弃处置

废弃处置方法:缓慢加入碱液-石灰水中,并不断搅拌,反应停止后,用大量水冲入废水系统。

废弃注意事项:

◆危险货物编号:81007

◆UN编号:1830

◆包装类别:O51

◆运输注意事项:本品铁路运输时限使用钢制企业自备罐车装运,装运前需报有关部门批准。铁路非罐装运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与易燃物或可燃物、还原剂、碱类、碱金属、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。

化学危险物品安全管理条例(1987年2月17日国务院发布),化学危险物品安全管理条例实施细则(化劳发[1992]677号),工作场所安全使用化学品规定([1996]劳部发423号)等法规,针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定;常用危险化学品的分类及标志(GB13690-92)将该物质划为第8.1类酸性腐蚀品。

CuSO4.5H2O====CuSO4+5H2O

CuSO4====CuO+SO3↑

SO3+H2O====H2SO4

这一发现比西方早五六百年。

孤刚子不仅用这种硫酸分解过金矿,而且还发现了硫酸参与的许多惊奇的变化,如他知道稀硫酸对铜不能腐蚀的性质。

2FeS2+7O2+2H2O====2H2SO4+2FeSO4

至于用硫磺燃烧(通过铅室法)制硫酸,则是17世纪以后的事,而用接触法制硫酸则更是19世纪以后才出现的。

硫酸纯品为透明、无色、无嗅的油状液体,有杂质颜色变深,甚至发黑。分子式H2SO4。分子量:98.08。其相对密度及凝固点也随其含量变化而不同。相对密度1.841(96~98%)。凝固点10.35℃(100%)、3℃(98%)、-32℃(93%)、-38℃(78%)、-44℃(74%)、-64℃(65%)。沸点290℃。蒸气压0.13kPa(145.8℃)。对水有很大亲和力。从空气和有机物中吸收水分。与水、醇混合产生大量热,体积缩小。用水稀释时因把酸加到稀释水中,以免酸沸溅。加热到340℃分解成三氧化硫和水。

标准

车间空气卫生标准:中国MAC硫酸及三氧化硫2mg/m^3;美国ACGIH硫酸TLVTWA1mg/m^3,STEL3mg/m^3

危规:硫酸GB8.1类81007。原铁规:一级无机酸性腐蚀物品。UNNO.1830。IMDGCODE8220页,8类。

发烟硫酸:GB8.1类81006。原铁规:一级无机酸性腐蚀物品,91006。UNNO.1831。IMDGCODE8221页,8类。

废硫酸:GB8.1类81009。UNNO.1832。IMDGCODE8222页,8类。

淤渣硫酸:GB8.1类81009。UNNO.1906。IMDGCODE8210页,8类。

硫酸的特性及安全使用

(一)理化性状和用途

最高容许浓度:2mg/m3

(三)短期过量暴露的影响

皮肤接触:局部刺痛,皮肤由潮红转为暗褐色。

(四)长期暴露的影响

本品虽不燃,但很多反应却会起火或爆炸,如与金属会产生可燃性气体,与水混合会大量放热。着火时立刻用干粉、泡沫灭火等方法。

(六)化学反应性

(七)人身防护

吸入:硫酸雾浓度超过暴露限值,应佩戴防酸型防毒口罩。

眼睛:带化学防溅眼镜。

(八)急救

吸入:将患者移离现场至空气新鲜处,有呼吸道刺激症状者应吸氧。

皮肤:用大量清水冲洗20分钟以上。

(九)储藏和运输

与可燃性和还原性及强碱物质分开。

包装号为5(甲)、8(甲)(十)。

(十)安全和处理

注意对硫酸雾的控制,加强通风排气。车间内要有方便的冲洗器具。

注:在稀释酸时决不可将水注入酸中,只能将酸注入水中。

【对环境的影响】

一、健康危害

侵入途径:吸入、食入。

健康危害:对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。对眼睛可引起结膜炎、水肿、角膜混浊,以致失明;引起呼吸道刺激症状,重者发生呼吸困难和肺水肿;高浓度引起喉痉挛或声门水肿而死亡。口服后引起消化道的烧伤以至溃疡形成。严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痉挛和声门水肿、肾损害、休克等。慢性影响有牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。

毒性:属中等毒性。

危险特性:与易燃物(如苯)和有机物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。能与一些活性金属粉末发生反应,放出氢气。遇水大量放热,可发生沸溅。具有强腐蚀性。

燃烧(分解)产物:氧化硫。

我国电厂烟气脱硫技术起步于1961年,科研院所和高等院校相继投入研究开发力旦,进行于法、湿法和半干法等等的烟气脱硫的探索研究,国家科技部(原国家科委)“七五”“八五”和“九五”的脱硫专项支持取得极好进展。但目前我国自行开发的烟气脱硫工程,尚处在小试、中试阶段。工业化、产业化技术不多。

THE END
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